ES2309800T3 - SOLAR CELL AND METHOD FOR YOUR PRODUCTION. - Google Patents
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Abstract
Una célula solar, que comprende: una película de pasivación (2) formada sobre una superficie receptora de luz de un sustrato de silicio (1); y una película anti-reflexión (3) formada sobre dicha película de pasivación (2), en donde dicha película de pasivación (2) tiene un índice de refracción mayor que el de dicha película anti-reflexión (3) y un espesor de película no mayor de 10 nm; y caracterizada porque dicha película de pasivación (2) tiene un índice de refracción no menor de 2,6.A solar cell, comprising: a passivation film (2) formed on a light receiving surface of a silicon substrate (1); and an anti-reflection film (3) formed on said passivation film (2), wherein said passivation film (2) has a refractive index greater than that of said anti-reflection film (3) and a film thickness not greater than 10 nm; and characterized in that said passivation film (2) has a refractive index of not less than 2.6.
Description
Célula solar y método para su producción.Solar cell and method for its production.
La presente invención se refiere a una célula solar y a un método para su producción. Más particularmente, la presente invención se refiere a una célula solar con una potencia eléctrica máxima mejorada y a un método para la producción de la célula solar.The present invention relates to a cell solar and to a method for its production. More particularly, the The present invention relates to a solar cell with a power Improved maximum electrical and to a method for the production of the solar cell.
Recientemente, se ha considerado el desarrollo
de energía limpia para tratar los problemas medioambientales
globales tales como el agotamiento de recursos energéticos y el
incremento de CO_{2} en el aire. En particular, siguiendo el
curso de las investigaciones, se ha desarrollado y puesto en
práctica su uso como una nueva fuente de energía, una célula solar
que utiliza un sustrato de silicio (referida también de aquí en
adelante como una célula solar de
silicio).Recently, the development of clean energy to address global environmental problems such as depletion of energy resources and the increase of CO2 in the air has been considered. In particular, following the course of the investigations, its use has been developed and put into practice as a new source of energy, a solar cell that uses a silicon substrate (also referred to hereinafter as a solar cell of
silicon).
Con el fin de mejorar la potencia eléctrica máxima de una célula solar de silicio, se han llevado a cabo intentos para prevenir la pérdida de portadores minoritarios no solo dentro de un sustrato de silicio sino también sobre una superficie de un sustrato de silicio. En particular, para la prevención de la pérdida de portadores minoritarios sobre una superficie de un sustrato de silicio, se ha desarrollado una técnica de pasivación que forma una película de óxido de silicio sobre una superficie de un sustrato de silicio para prevenir la recombinación de portadores minoritarios (véase, por ejemplo, el Documento 1 que no se trata de una patente). Además, también se ha desarrollado una técnica de pasivación que forma una película de nitruro de silicio sobre una superficie de un sustrato de silicio (véase, por ejemplo, el Documento 2 que no se trata de una patente).In order to improve electrical power maximum of a silicon solar cell, have been carried out attempts to prevent the loss of minority carriers not only within a silicon substrate but also on a surface of a silicon substrate. In particular, for the prevention of the loss of minority carriers on a surface of a silicon substrate, a technique has been developed of passivation that forms a silicon oxide film on a surface of a silicon substrate to prevent recombination of minority carriers (see, for example, Document 1 which it is not a patent). In addition, a passivation technique that forms a silicon nitride film on a surface of a silicon substrate (see, for example, Document 2 which is not a patent).
Documento 1 que no se trata de una patente: Jianhua Zhao, Aihua Wang, Martin A. Green, "24,7% EFFICIENT PERL SILICON SOLAR CELLS AND OTHER HIGH EFFICIENCY SOLAR CELL AND MODULE RESEARCH AT THE UNIVERSITY OF NEW SOUTH WALES", ISES Solar World Congress, Jerusalem, Israel, 1999.Document 1 that is not a patent: Jianhua Zhao, Aihua Wang, Martin A. Green, "24.7% EFFICIENT PERL SILICON SOLAR CELLS AND OTHER HIGH EFFICIENCY SOLAR CELL AND MODULE RESEARCH AT THE UNIVERSITY OF NEW SOUTH WALES ", ISES Solar World Congress, Jerusalem, Israel, 1999.
Documento 2 que no se trata de una patente: Jan Schmidt, Mark Kerr, Andres Cuevas, "Surface passivation of silicon solar cells using plasma-enhanced chemical-vapour-deposited SiN films and thin thermal SiO2/plasma SiN stacks", Semicond. Sci. Technol., 16 (2001), pp.164-170. Los documentos JP-A-2002 270879 y JP-A-2004 039751 describen capas de pasivación de nitruro de silicio para células solares.Document 2 that is not a patent: Jan Schmidt, Mark Kerr, Andres Cuevas, "Surface passivation of silicon solar cells using plasma-enhanced chemical-vapor-deposited SiN films and thin thermal SiO2 / plasma SiN stacks ", Semicond. Sci. Technol., 16 (2001), pp. 164-170. Documents JP-A-2002 270879 and JP-A-2004 039751 describe layers of Passivation of silicon nitride for solar cells.
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Cuando se forma una película de óxido de silicio sobre una superficie de un sustrato de silicio como una película de pasivación que previene la recombinación de portadores minoritarios sobre la superficie del sustrato de silicio, como se describe en el Documento 1 que no se trata de una patente, la película de óxido de silicio sirve también como una película anti-reflexión que previene la reflexión de la luz del sol. Sin embargo, puesto que la película de óxido de silicio no es tan eficaz a la hora de prevenir la reflexión de la luz solar y tiene una alta reflectancia a la luz del sol, no se puede obtener de manera suficiente la potencia eléctrica máxima.When a silicon oxide film is formed on a surface of a silicon substrate like a film of passivation that prevents the recombination of minority carriers on the surface of the silicon substrate, as described in the Document 1 which is not a patent, the oxide film of silicon also serves as a movie anti-reflection that prevents light reflection of the sun. However, since the silicon oxide film does not it is so effective in preventing the reflection of sunlight and It has a high reflectance to sunlight, it cannot be obtained from Sufficient way the maximum electrical power.
Además, cuando se forma una película de nitruro de silicio sobre una superficie de un sustrato de silicio como una película de pasivación, como se describe en el Documento 2 que no se trata de una patente, la película de nitruro de silicio sirve también como una película anti-reflexión que previene la reflexión de la luz del sol. Si bien el efecto de la pasivación (prevención de la recombinación de portadores minoritarios sobre una superficie de un sustrato de silicio) aumenta con un incremento del índice de refracción de la película de nitruro de silicio, se pierde una cantidad importante de luz solar como consecuencia de la absorción en la película de nitruro de silicio con un alto índice de refracción. Por tanto, no se puede obtener de manera suficiente la potencia eléctrica máxima.Also, when a nitride film is formed of silicon on a surface of a silicon substrate as a passivation film, as described in Document 2 that is not It is a patent, the silicon nitride film serves also as an anti-reflection film that Prevents the reflection of sunlight. While the effect of the passivation (prevention of carrier recombination minorities on a surface of a silicon substrate) increases with an increase in the refractive index of the film of silicon nitride, a significant amount of sunlight is lost as a result of the absorption in the nitride film of silicon with a high refractive index. Therefore, you cannot sufficiently obtain the maximum electrical power.
Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una célula solar con una potencia eléctrica máxima mejorada y un método para su producción.An object of the present invention consists in provide a solar cell with maximum electrical power improved and a method for its production.
La presente invención consiste en una célula solar que incluye una película de pasivación como se indica en la reivindicación 1.The present invention consists of a cell solar that includes a passivation film as indicated in the claim 1.
En la célula solar de la presente invención, la película de pasivación y la película anti-reflexión pueden ser cada de ellas una película de nitruro de silicio.In the solar cell of the present invention, the passivation film and anti-reflection film they can each be a silicon nitride film.
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Por otro lado, la presente invención consiste en un método para la producción de la célula solar de acuerdo con cualquiera de las descripciones anteriores, que incluye las etapas de: formar la película de pasivación sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio mediante CVD asistida por plasma empleando un primer gas; y formar la película anti-reflexión sobre la película de pasivación mediante CVD asistida por plasma empleando un segundo gas que tiene una composición diferente a la del primer gas. En el método de producción de la célula solar de la presente invención, resulta satisfactorio que al menos uno de los tipos de componentes que constituyen el segundo gas y la relación cuantitativa entre los componentes sea diferente de aquellos del primer gas.On the other hand, the present invention consists in a method for the production of the solar cell according to any of the above descriptions, which includes the stages of: forming the passivation film on the receiving surface of silicon substrate light by plasma-assisted CVD using a first gas; and form the movie anti-reflection on the passivation film by plasma-assisted CVD using a second gas that has a different composition than the first gas. In the method of solar cell production of the present invention results satisfactory that at least one of the types of components that they constitute the second gas and the quantitative relationship between components are different from those of the first gas.
En el método de producción de la célula solar de la presente invención, la densidad de potencia RF en la formación de la película de pasivación es preferentemente menor que la densidad de potencia RF en la formación de la película anti-reflexión.In the solar cell production method of the present invention, the RF power density in the formation of the passivation film is preferably smaller than the RF power density in film formation anti-reflection
Además, en el método de producción de la célula solar de la presente invención, la cámara formadora de película usada para formar la película de pasivación puede ser diferente de la cámara formadora de película usada para formar la película anti-reflexión.In addition, in the cell production method solar of the present invention, the film forming chamber used to form the passivation film may be different from the film forming chamber used to form the film anti-reflection
Por otro lado, en el método de producción de la célula solar de la presente invención, el primer gas y el segundo gas pueden incluir gas de silano y gas de amoniaco.On the other hand, in the production method of the solar cell of the present invention, the first gas and the second Gas may include silane gas and ammonia gas.
De acuerdo con la presente invención, se pueden proporcionar una célula solar con una potencia eléctrica máxima mejorada y un método para su producción.In accordance with the present invention, they can be provide a solar cell with maximum electrical power improved and a method for its production.
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La figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una porción de una célula solar ejemplificativa de la presente invención.Figure 1 is a schematic sectional view. cross section of a portion of an exemplary solar cell of The present invention.
La figura 2 muestra la relación entre la proporción de flujo entre gases (NH_{3}/SiH_{4}) introducidos cuando se forma una película de nitruro de silicio mediante CVD asistida por plasma empleando gas de SiH_{4} y gas de NH_{3} y del índice de refracción de la película de nitruro de silicio así formada.Figure 2 shows the relationship between the Flow rate between gases (NH3 / SiH4) introduced when a silicon nitride film is formed by CVD plasma assisted using SiH4 gas and NH3 gas and of the refractive index of silicon nitride film as well formed.
La figura 3 muestra la relación entre el índice de refracción de una película de nitruro de silicio y la vida de servicio de portadores minoritarios cuando películas de nitruro de silicio que tienen diferentes índices de refracción se forman cada una de ellas sobre una superficie de un sustrato de silicio mediante CVD asistida por plasma.Figure 3 shows the relationship between the index of refraction of a silicon nitride film and the life of minority carrier service when nitride films of silicon that have different refractive indices are formed every one of them on a surface of a silicon substrate by Plasma assisted CVD.
La figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de un ejemplo de aparato empleado para formar una película de pasivación y una película anti-reflexión en los ejemplos de la presente invención.Figure 4 is a schematic sectional view. cross section of an example of apparatus used to form a passivation film and an anti-reflection film in the examples of the present invention.
La figura 5 es una vista esquemática en planta de una superficie trasera de una célula solar producida en el ejemplo 1 de la presente invención.Figure 5 is a schematic plan view of a rear surface of a solar cell produced in the Example 1 of the present invention.
La figura 6 es una vista esquemática en sección transversal de la célula solar mostrada en la figura 5, tomada por la línea VI-VI.Figure 6 is a schematic sectional view. cross section of the solar cell shown in figure 5, taken by line VI-VI.
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1 sustrato de silicio, 2, 6 película de pasivación, 3 película anti-reflexión, 4 capa p+, 5 capa n+, 7 electrodo p, 8 electrodo n, 9 cámara formadora de película, 10 electrodo inferior, 11 electrodo superior, 12 entrada de gas.1 silicon substrate, 2, 6 film passivation, 3 anti-reflection film, 4 p + layer, 5 n + layer, 7 p electrode, 8 n electrode, 9 forming chamber film, 10 lower electrode, 11 upper electrode, 12 input Of gas.
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De aquí en adelante, se describirán modalidades de la presente invención en los dibujos de la presente invención, designándose las partes idénticas o correspondientes por los mismos caracteres de referencia.From now on, modalities will be described of the present invention in the drawings of the present invention, the identical or corresponding parts being designated by them reference characters
La figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una porción de una célula solar ejemplificativa de la presente invención. La célula solar de la presente invención incluye un sustrato de silicio 1, una película de pasivación 2 constituida por una película de nitruro de silicio formada sobre una superficie receptora de luz (una superficie sobre la cual incide la luz del sol) de sustrato de silicio 1 y por una película anti-reflexión 3 constituida por una película de nitruro de silicio formada sobre la película de pasivación 2. La célula solar tiene la característica de que la película de pasivación 2 presenta un índice de refracción mayor que el de la película anti-reflexión 3.Figure 1 is a schematic sectional view. cross section of a portion of an exemplary solar cell of The present invention. The solar cell of the present invention includes a silicon substrate 1, a passivation film 2 constituted by a silicon nitride film formed on a light receiving surface (a surface on which the sunlight) of silicon substrate 1 and by a film anti-reflection 3 consisting of a film of silicon nitride formed on the passivation film 2. The solar cell has the characteristic that the film of passivation 2 has a higher refractive index than that of the anti-reflection film 3.
Con esta estructura, la recombinación de portadores minoritarios sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio 1 se puede prevenir de una manera eficaz mediante la película de pasivación 2 constituida por una película de nitruro de silicio con un índice de refracción mayor que el de la película anti-reflexión 3, sin deteriorar el efecto de prevención de la reflexión de la luz del sol mediante la película anti-reflexión 3 constituida por una película de nitruro de silicio. Como resultado, se puede mejorar la potencia eléctrica máxima de la célula solar.With this structure, the recombination of minority carriers on the light receiving surface of the Silicon substrate 1 can be prevented effectively by passivation film 2 consisting of a film of silicon nitride with a refractive index greater than that of the anti-reflection film 3, without deteriorating the effect prevention of sunlight reflection through the film anti-reflection 3 consisting of a film of silicon nitride As a result, the power can be improved Maximum electric solar cell.
La figura 2 muestra la relación existente entre la proporción de flujo entre gases (NH_{3}/SiH_{4}) introducidos cuando se forma una película de nitruro de silicio mediante CVD asistida por plasma empleando gas de silano (SiH_{4}) y gas de amoniaco (NH_{3}) y el índice de refracción de la película de nitruro de silicio así formada. El eje de ordenadas representa el índice de refracción de la película de nitruro de silicio formada y el eje de abscisas representa la proporción de flujo de gas de NH_{3} con respecto al gas de SiH_{4} (NH_{3}/SiH_{4}).Figure 2 shows the relationship between the proportion of flow between gases (NH 3 / SiH 4) introduced when a silicon nitride film is formed by CVD plasma-assisted using silane gas (SiH4) and gas ammonia (NH3) and the refractive index of the film silicon nitride so formed. The ordinate axis represents the refractive index of the silicon nitride film formed and the abscissa axis represents the gas flow rate of NH 3 with respect to the SiH 4 gas (NH 3 / SiH 4).
Como se muestra en la figura 2, el índice de refracción de la película de nitruro de silicio formada tiende a disminuir con el incremento en la proporción de flujo entre los gases (NH_{3}/SiH_{4}). En consecuencia, llega a ser posible la formación de una película de pasivación constituida por una película de nitruro de silicio con un alto índice de refracción sobre una superficie receptora de luz de un sustrato de silicio, y la formación de una película anti-reflexión constituida por una película de nitruro de silicio con un bajo índice de refracción sobre la película de pasivación mediante CVD asistida por plasma, a través del cambio de la composición de los gases introducidos en un aparato de CVD asistida por plasma. El índice de refracción de la película de nitruro de silicio mostrada en la figura 2 se midió mediante elipsometría empleando un elipsómetro que tiene un láser de He-Ne (longitud de onda: 632,8 nm) como fuente luminosa.As shown in Figure 2, the index of Refraction of the formed silicon nitride film tends to decrease with the increase in the proportion of flow between gases (NH3 / SiH4). Consequently, the formation of a passivation film consisting of a film of silicon nitride with a high refractive index over a light receiving surface of a silicon substrate, and the formation of an constituted anti-reflection film for a silicon nitride film with a low index of refraction on the passivation film by CVD assisted by plasma, through the change in the composition of gases introduced into a plasma-assisted CVD device. The index of refraction of the silicon nitride film shown in the Figure 2 was measured by ellipsometry using an ellipsometer which has a He-Ne laser (wavelength: 632.8 nm) as a light source.
La figura 3 muestra la relación existente entre el índice de refracción de una película de nitruro de silicio y la vida de servicio de portadores minoritarios cuando se forman películas de nitruro de silicio que tienen diferentes índices de refracción cada una de ellas sobre una superficie de un sustrato de silicio mediante CVD asistida por plasma, a través del cambio de la composición de los gases. El eje de ordenadas representa la vida de servicio de portadores minoritarios y el eje de abscisas representa el índice de refracción de la película de nitruro de silicio.Figure 3 shows the relationship between the refractive index of a silicon nitride film and the Service life of minority carriers when they are formed silicon nitride films that have different rates of refraction each of them on a surface of a substrate of silicon through plasma-assisted CVD, by changing the gas composition. The ordinate axis represents the life of minority carrier service and the abscissa axis represents the refractive index of the silicon nitride film.
Como se muestra en la figura 3, la vida de servicio o vida útil de los portadores minoritarios tiende a aumentar con el incremento del índice de refracción de la película de nitruro de silicio formada sobre la superficie del sustrato de silicio. En particular, la vida útil de los portadores minoritarios tiende a aumentar de manera importante cuando el índice de refracción de la película de nitruro de silicio no es menor de 2,6, más preferentemente no menor de 2,9.As shown in figure 3, the life of service or lifetime of minority carriers tends to increase with the increase of the refractive index of the film of silicon nitride formed on the substrate surface of silicon. In particular, the useful life of minority carriers tends to increase significantly when the rate of Refraction of silicon nitride film is not less than 2.6, more preferably not less than 2.9.
De esta manera, existe la tendencia de que la recombinación de portadores minoritarios se puede evitar aún más cuando la película de nitruro de silicio formada sobre la superficie receptora de luz de un sustrato de silicio presenta un alto índice de refracción. Sin embargo, dado que la película de nitruro de silicio con un alto índice de refracción absorbe fácilmente luz solar, es preferible que la película de nitruro de silicio formada sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio tenga un espesor de película no mayor de 10 nm, para reducir la pérdida de luz solar como consecuencia de la absorción. Por otro lado, para reducir la pérdida de luz solar debido a la reflexión, es más preferible formar una película de nitruro de silicio con un índice de refracción no menor de 1,8 y no mayor de 2,3 y con un espesor de película no menor de 50 nm y no mayor de 100 nm como una película anti-reflexión sobre una película de pasivación.In this way, there is a tendency that the minority carrier recombination can be avoided further when the silicon nitride film formed on the surface Light receiver of a silicon substrate has a high index of refraction However, since the nitride film of silicon with a high refractive index easily absorbs light solar, it is preferable that the silicon nitride film formed on the light receiving surface of the silicon substrate have a film thickness not greater than 10 nm, to reduce the loss of sunlight as a result of absorption. On the other hand, for reduce the loss of sunlight due to reflection, it is more it is preferable to form a silicon nitride film with an index of refraction not less than 1.8 and not greater than 2.3 and with a thickness of film not less than 50 nm and not greater than 100 nm as a film Anti-reflection on a passivation film.
El índice de refracción de la película de nitruro de silicio mostrada en la figura 3 se midió por elipsometría empleando un elipsómetro que tiene un láser de He-Ne (longitud de onda: 632,8 nm) como fuente de luz. La vida útil de los portadores minoritarios, como se muestra en la figura 3, se midió por reflectometría de microondas empleando un aparato de medición de la vida útil que tiene un láser con una longitud de onda de 904 nm.The refractive index of the film of Silicon nitride shown in Figure 3 was measured by ellipsometry using an ellipsometer that has a laser He-Ne (wavelength: 632.8 nm) as a source of light. The shelf life of minority carriers, as shown in Figure 3, it was measured by microwave reflectometry using a life measurement device that has a laser with a 904 nm wavelength.
Además, es preferible que la densidad de potencia RF (radiofrecuencia) en la formación de la película de pasivación sobre la superficie receptora de luz de un sustrato de silicio mediante CVD asistida por plasma se ajuste en el valor más bajo posible. En este caso, el sustrato de silicio puede resultar menos dañado cuando se forma sobre el mismo la película de pasivación, y con ello se puede formar una película de nitruro de silicio que tiene un excelente efecto de pasivación.In addition, it is preferable that the density of RF (radiofrequency) power in film formation of passivation on the light receiving surface of a substrate of Silicon through plasma-assisted CVD is set to the highest value as low as possible In this case, the silicon substrate may result less damaged when the film is formed on it passivation, and with it a nitride film of silicon that has an excellent passivation effect.
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Ejemplo 1Example one
En primer lugar, con el fin de eliminar el daño por corte en un sustrato de silicio monocristalino de tipo n en forma de un cuadrado de 12,5 cm por 12,5 cm cortado para que tenga un espesor de 250 \mum, las superficies del sustrato de silicio fueron mordentadas con una solución de NaOH hasta que el sustrato de silicio tenía un espesor de 200 \mum. Entonces, se formó una película de óxido de silicio sobre cada una de la superficie receptora de luz y superficie trasera del sustrato de silicio, para servir como una máscara de difusión. A continuación se modeló una capa protectora resistente al ácido mediante fotolitrografía sobre la película de óxido de silicio en la superficie trasera del sustrato de silicio, y la película de óxido de silicio expuesta fue mordentada con ácido fluorhídrico. Entonces, se llevó a cabo la difusión en fase vapor de BBr_{3} en una atmósfera a 950ºC durante 50 minutos, para formar una capa p+ de tipo peine sobre la superpie trasera mordentada del sustrato de silicio.First, in order to eliminate the damage by cutting on a n-type monocrystalline silicon substrate in shape of a square of 12.5 cm by 12.5 cm cut so you have a thickness of 250 µm, the surfaces of the silicon substrate were bitten with a solution of NaOH until the substrate of Silicon had a thickness of 200 µm. Then, a silicon oxide film on each surface light receiver and back surface of the silicon substrate, for Serve as a diffusion mask. Then a model was modeled acid resistant protective layer by photolithrography on the silicon oxide film on the back surface of the silicon substrate, and the silicon oxide film exposed was bitten with hydrofluoric acid. Then, the vapor phase diffusion of BBr 3 in an atmosphere at 950 ° C for 50 minutes, to form a p + layer of comb type on the Bite back super of the silicon substrate.
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A continuación, se formó de nuevo una película de óxido de silicio sobre cada una de la superficie delantera y superficie trasera del sustrato de silicio, y la película de óxido de silicio sobre la superficie trasera del sustrato de silicio fue mordentada a la configuración deseada de la misma manera que en la formación de la capa p+. Posteriormente, se llevó a cabo la difusión de POCl_{3} en fase vapor en una atmósfera a 970ºC durante 20 minutos, para formar una capa n+ de tipo peine, enfrentada con la capa p+ de manera que no se superpongan entre sí, sobre la superficie trasera mordentada del sustrato de silicio.Then a movie formed again of silicon oxide on each of the front surface and silicon substrate back surface, and rust film of silicon on the back surface of the silicon substrate was bitten to the desired configuration in the same way as in the p + layer formation. Subsequently, the diffusion of POCl 3 in the vapor phase in an atmosphere at 970 ° C for 20 minutes, to form a n + layer of comb type, faced with the p + layer so that they don't overlap each other, on the biting back surface of the silicon substrate.
A continuación, al objeto de efectuar la texturación sobre la superficie delantera (superficie receptora de luz) opuesta a la superficie trasera del sustrato de silicio, se formó una película de óxido de silicio con un espesor de 800 nm sobre la superficie trasera del sustrato de silicio mediante APCVD (deposición química en fase vapor a presión atmosférica) como una película protectora, y el sustrato de silicio fue sumergido en una solución de KOH con una concentración de KOH de 2,5% en peso a 80ºC durante 45 minutos para quedar expuesto a la texturación sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio. Posteriormente, la película protectora sobre la superficie trasera del sustrato de silicio fue separada con una solución de HF con una concentración de HF de 10% en peso.Then, in order to carry out the texture on the front surface (receiving surface of light) opposite the back surface of the silicon substrate, it formed a silicon oxide film with a thickness of 800 nm on the back surface of the silicon substrate using APCVD (chemical deposition in vapor phase at atmospheric pressure) as a protective film, and the silicon substrate was dipped in a KOH solution with a KOH concentration of 2.5% by weight at 80 ° C for 45 minutes to be exposed to the texture on the Light receiving surface of the silicon substrate. Later, the protective film on the back surface of the substrate of Silicon was separated with an HF solution with a concentration of HF of 10% by weight.
Posteriormente, el sustrato de silicio se colocó en una atmósfera de oxígeno a 800ºC durante 30 minutos, para formar una película de óxido de silicio con un espesor de 10 nm como una película de pasivación sobre cada una de la superficie receptora de luz y superficie trasera del sustrato de silicio. Entonces, se formó una película de óxido de silicio con un espesor de 400 nm sobre la película de pasivación en la superficie trasera del sustrato de silicio mediante APCVD, como una película protectora. Entonces, con el fin de formar una película de nitruro de silicio sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio, el sustrato de silicio fue sumergido en una solución de HF con una concentración de HF de 10% en peso durante un minuto, para separar la película de óxido de silicio sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio.Subsequently, the silicon substrate was placed in an oxygen atmosphere at 800 ° C for 30 minutes, to form a silicon oxide film with a thickness of 10 nm as a passivation film on each of the receiving surface of light and back surface of silicon substrate. So it formed a silicon oxide film with a thickness of 400 nm on the passivation film on the back surface of the substrate silicon by APCVD, as a protective film. So with in order to form a silicon nitride film on the light receiving surface of the silicon substrate, the substrate of silicon was immersed in a solution of HF with a concentration of HF of 10% by weight for one minute, to separate the film from silicon oxide on the light receiving surface of the substrate of silicon.
A continuación, se utilizó un aparato como el mostrado en una vista esquemática en sección transversal en la figura 4, para formar una película de pasivación constituida por una película de nitruro de silicio mediante CVD asistida por plasma sobre la superficie delantera (superficie receptora de luz) del sustrato de silicio opuesta a la superficie trasera que tiene, formadas sobre la misma, la capa p+ y la capa n+. El aparato mostrado en la figura 4 incluye una cámara formadora de película 9 y un electrodo inferior 10 y un electrodo superior 11 previstos dentro de la cámara formadora de película 9. El sustrato de silicio 1 que tiene la capa p+ y la capa n+ formadas sobre el mismo, se colocó sobre el electrodo inferior 10 dentro de la cámara formadora de película 9, y se introdujeron un gas de SiH_{4} y un gas de NH_{3} desde una entrada de gas 12 con una relación de flujo (NH_{3}/SiH_{4}) de 0,2. A continuación, se aplicó un voltaje de radiofrecuencia de un lado a otro del electrodo inferior 10 y electrodo superior 11 a una densidad de potencia RF de 350 W/m^{2}. Con ello, se formó una película de nitruro de silicio con un espesor de película de 5 nm (índice de refracción: 3,3) como una película de pasivación sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio 1.Next, an apparatus such as the shown in a schematic cross-sectional view in the Figure 4, to form a passivation film consisting of a silicon nitride film using plasma-assisted CVD on the front surface (light receiving surface) of the silicon substrate opposite the back surface it has, formed on it, the p + layer and the n + layer. The device shown in figure 4 includes a film forming camera 9 and a lower electrode 10 and an upper electrode 11 provided inside the film forming chamber 9. The silicon substrate 1 which has the p + layer and the n + layer formed on it, is placed on the lower electrode 10 inside the forming chamber of film 9, and a SiH4 gas and a gas of NH 3 from a gas inlet 12 with a flow ratio (NH 3 / SiH 4) of 0.2. Next, a voltage of radiofrequency from side to side of the lower electrode 10 and upper electrode 11 at an RF power density of 350 W / m2. With this, a silicon nitride film was formed with a film thickness of 5 nm (refractive index: 3.3) as a passivation film on the light receiving surface of the silicon substrate 1.
A continuación, se practicó un vacío en la cámara formadora de película 9 y se introdujeron los gases de SiH_{4} y NH_{3} de nuevo desde la entrada de gas 12 con una relación de flujo (NH_{3}/SiH_{4}) de 3. Se aplicó entonces un voltaje de radiofrecuencia de un lado a otro del electrodo inferior 10 y electrodo superior 11 a una densidad de potencia RF de 350 W/m^{2}. De este modo, se formó una película de nitruro de silicio con un espesor de película de 73 nm (índice de refracción: 2,2) como una película anti-reflexión sobre la película de pasivación.Then there was a vacuum in the film forming chamber 9 and the gases of SiH_ {4} and NH_ {3} again from the gas inlet 12 with a flow ratio (NH3 / SiH4) of 3. Then a radio frequency voltage from one side of the lower electrode to the other 10 and upper electrode 11 at an RF power density of 350 W / m2. In this way, a silicon nitride film was formed with a film thickness of 73 nm (refractive index: 2.2) like an anti-reflection movie about the movie of passivation
Se modeló una capa protectora resistente al ácido mediante fotolitografía sobre la superficie trasera del sustrato de silicio que tiene la película de pasivación antes citada formada sobre la misma, y la capa protectora resistente al ácido y la película de pasivación fueron mordentadas con ácido fluorhídrico para formar orificios de contacto que exponen porciones en donde están formadas la capa p+ y la capa n+. A continuación, se depositaron una película delgada de Ti (titanio), una película delgada de Pd (paladio) y una película delgada de Ag (plata), en este orden, sobre toda la superficie trasera del sustrato de silicio, desde la superficie trasera del sustrato de silicio, y luego se separó la capa protectora resistente al ácido. Como resultado, se formaron, mediante lift-off, un electrodo p 7 y un electrodo n 8 de tipo peine, como se muestra en la vista esquemática en planta de la figura 5.A protective layer resistant to acid by photolithography on the back surface of the silicon substrate having the aforementioned passivation film formed on it, and the acid resistant protective layer and the passivation film were bitten with hydrofluoric acid to form contact holes that expose portions where the p + layer and the n + layer are formed. Then it deposited a thin film of Ti (titanium), a film thin of Pd (palladium) and a thin film of Ag (silver), in this order, over the entire back surface of the substrate of silicon, from the back surface of the silicon substrate, and then the acid resistant protective layer was separated. How result, they were formed, by lift-off, a electrode p 7 and a comb electrode n 8, as shown in the schematic plan view of figure 5.
A continuación, el sustrato de silicio se cortó a lo largo de los electrodos en un cuadrado de 12,5 cm por 12,5 cm. Con ello se completó la célula solar.Then the silicon substrate was cut along the electrodes in a square of 12.5 cm by 12.5 cm. This completes the solar cell.
La figura 6 es una vista esquemática en sección transversal de la célula solar mostrada en la figura 5, tomada por la línea VI-VI. Como se muestra en la figura 6, en la célula solar del ejemplo 1, la película de pasivación 2 y la película anti-reflexión 3 se formaron secuencialmente sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio 1 del tipo n, y se formaron una capa p+ 4 y una capa n+ 5 sobre la superficie trasera del sustrato de silicio. Además, se formó una película de pasivación 6 sobre la superficie trasera del sustrato de silicio 1, y se formaron un electrodo p 7 y un electrodo n 8 sobre la capa p+ 4 y capa n+ 5, respectivamente. Ha de observarse que una porción de la célula solar se ilustra esquemáticamente en la figura 6.Figure 6 is a schematic sectional view. cross section of the solar cell shown in figure 5, taken by line VI-VI. As shown in Figure 6, in the solar cell of example 1, the passivation film 2 and the 3 anti-reflection film formed sequentially on the light receiving surface of the substrate of silicon 1 of type n, and a p + 4 layer and a n + 5 layer were formed on the back surface of the silicon substrate. Also I know formed a passivation film 6 on the back surface of the silicon substrate 1, and a p 7 electrode and a electrode n 8 on the p + 4 layer and n + 5 layer, respectively. Has to be noted that a portion of the solar cell is illustrated schematically in figure 6.
La tabla 1 muestra los resultados del examen de propiedades de la célula solar. La célula solar tenía una densidad de corriente en cortocircuito (Jsc) de 37,50 mA/cm^{2}, un voltaje en estado abierto (Voc) de 0,650 V, un factor de relleno (F.F) de 0,770 y una potencia eléctrica máxima (Pmax) de 1,694 W.Table 1 shows the test results of properties of the solar cell. The solar cell had a density short-circuit current (Jsc) of 37.50 mA / cm2, a voltage in open state (Voc) of 0.650 V, a fill factor (F.F) of 0.770 and a maximum electrical power (Pmax) of 1.694 W.
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Ejemplo 2Example 2
Se produjo una célula solar bajo las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que la densidad de potencia RF en la formación de la película de pasivación sobre la superficie receptora de luz de un sustrato de silicio se estableció en 140 W/m^{2}. Los resultados del examen de las propiedades de la célula solar se muestran también en la tabla 1. La célula solar tenía una densidad de corriente en cortocircuito (Jsc) de 37,80 mA/cm^{2}, un voltaje en estado abierto (Voc) de 0,651 V, un factor de relleno (F.F) de 0,776 y una potencia eléctrica máxima (Pmax) de 1,725 W.A solar cell was produced under them conditions as in example 1, except that the power density RF in the formation of the passivation film on the surface Light receiver of a silicon substrate was set at 140 W / m2. The results of the examination of cell properties solar are also shown in table 1. The solar cell had a short-circuit current density (Jsc) of 37.80 mA / cm2, an open state voltage (Voc) of 0.651 V, a fill factor (F.F) of 0,776 and a maximum electrical power (Pmax) of 1,725 W.
Ejemplo comparativo 1Comparative example one
Se introdujeron un gas de SiH_{4} y un gas de NH_{3} con una relación de flujo (NH_{3}/SiH_{4}) de 3, para formar una película de nitruro de silicio con un espesor de película de 37 nm y un índice de refracción de 2,2 como una película de pasivación sobre la superficie receptora de luz de un sustrato de silicio. A continuación, se formó una película de nitruro de silicio con un espesor de película de 37 nm y un índice de refracción de 2,2, como una película anti-reflexión sobre la película de pasivación, sin cambiar la relación de flujo de gas NH_{3} a gas SiH_{4} (NH_{3}/SiH_{4}). Salvo lo anterior, se produjo una célula solar bajo las mismas condiciones que en el ejemplo 1. Los resultados del examen de las propiedades de la célula solar se ofrecen también en la tabla 1. La célula solar tenía una densidad de corriente en cortocircuito (Jsc) de 37,50 mA/cm^{2}, un voltaje en estado abierto (Voc) de 0,648 V, un factor de relleno (F.F) de 0,770 y una potencia eléctrica máxima (Pmax) de 1,689 W.A SiH4 gas and a gas of NH 3 with a flow ratio (NH 3 / SiH 4) of 3, for form a silicon nitride film with a film thickness of 37 nm and a refractive index of 2.2 as a film of passivation on the light receiving surface of a substrate of silicon. Next, a nitride film of silicon with a film thickness of 37 nm and an index of 2.2 refraction, as an anti-reflection film on the passivation film, without changing the flow ratio from NH 3 gas to SiH 4 gas (NH 3 / SiH 4). Except what Previously, a solar cell was produced under the same conditions than in example 1. The results of the examination of the properties of the solar cell is also offered in table 1. The solar cell had a short-circuit current density (Jsc) of 37.50 mA / cm2, an open state voltage (Voc) of 0.648 V, a fill factor (F.F) of 0.770 and maximum electrical power (Pmax) of 1,689 W.
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Como se muestra en la tabla 1, en las células solares de los ejemplos 1 y 2 en donde el índice de refracción (3,3) de la película de nitruro de silicio como película de pasivación sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio era mayor que el índice de refracción (2,2) de la película de nitruro de silicio como película anti-reflexión formada sobre la película de pasivación, se mejoró la potencia eléctrica máxima en comparación con aquella de la célula solar del ejemplo comparativo 1 en donde la película de nitruro de silicio formada como película de pasivación y la película de nitruro de silicio formada como película anti-reflexión tenían el mismo índice de refracción (2,2). Esta mejora se obtiene probablemente debido a que se formó una película de nitruro de silicio que tiene un alto índice de refracción sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio y, con ello, podía evitarse la recombinación de portadores minoritarios sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio.As shown in table 1, in the cells solar of examples 1 and 2 where the index of refraction (3.3) of the silicon nitride film as a film of passivation on the light receiving surface of the substrate of silicon was higher than the refractive index (2.2) of the film of silicon nitride as an anti-reflection film formed on the passivation film, the power was improved maximum electrical compared to that of the solar cell of comparative example 1 where the silicon nitride film formed as passivation film and nitride film of silicon formed as an anti-reflection film had the same index of refraction (2,2). This improvement is obtained probably because a nitride film of silicon that has a high refractive index on the surface receiver of light from the silicon substrate and, with it, could avoid recombination of minority carriers on the Light receiving surface of the silicon substrate.
Además, como se muestra en la tabla 1, en la célula solar del ejemplo 2 en donde la densidad de potencia RF en la formación de la película de nitruro de silicio como película de pasivación se estableció en un valor más bajo que la densidad de potencia RF en la formación de la película de nitruro de silicio como película anti-reflexión, se mejoró la potencia eléctrica máxima en comparación con la de la célula solar del ejemplo 1 en donde la película de pasivación y la película anti-reflexión se formaron ambas a la misma densidad de potencia RF. Esta mejora se obtiene probablemente debido a que la densidad de potencia RF en la formación de la película de pasivación era baja y con ello el sustrato de silicio resultó menos dañado cuando se formó la película de pasivación.In addition, as shown in table 1, in the solar cell of example 2 wherein the RF power density in the formation of silicon nitride film as a film of passivation was set at a lower value than the density of RF power in the formation of silicon nitride film As an anti-reflection film, the power was improved maximum electrical compared to that of the solar cell of example 1 where the passivation movie and the movie anti-reflection both formed at the same density RF power This improvement is probably obtained because RF power density in film formation of passivation was low and with it the silicon substrate was less damaged when the passivation film was formed.
Aunque se utilizó una solución de NaOH para mordentar el sustrato de silicio en los ejemplos anteriores, para el mordentado se puede emplear una mezcla ácida de una solución de HF y una solución de HNO_{3}.Although a NaOH solution was used to bite the silicon substrate in the previous examples, to the biting can be used an acid mixture of a solution of HF and a solution of HNO 3.
Por otro lado, si bien la capa protectora resistente al ácido fue modelada por fotolitografía en los ejemplos anteriores, dicha capa protectora resistente al ácido puede ser modelada mediante impresión.On the other hand, although the protective layer acid resistant was modeled by photolithography in the examples above, said acid resistant protective layer may be print modeling.
Por otro lado, aunque se llevó a cabo la difusión de BBr_{3} en fase vapor para formar la capa p+ en los ejemplos anteriores, la capa p+ se puede formar también por aplicación de una solución médica que contiene un compuesto de boro sobre una superficie del sustrato de silicio mediante revestimiento centrífugo y posterior recocido del sustrato de silicio a una temperatura de 700 a 1.000ºC. Además, la capa p+ se puede formar también mediante impresión con modelo de una pasta de aluminio y cocción de la pasta.On the other hand, although the diffusion of BBr 3 in vapor phase to form the p + layer in the previous examples, the p + layer can also be formed by application of a medical solution containing a boron compound on a surface of the silicon substrate by coating centrifugal and subsequent annealing of the silicon substrate to a temperature from 700 to 1,000 ° C. In addition, the p + layer can be formed also by printing with an aluminum paste model and pasta cooking.
Además, aunque se realizó la difusión de POCl_{3} en fase vapor para formar la capa n+ en los ejemplos anteriores, la capa n+ se puede formar también por aplicación de una solución médica que contiene un compuesto de fósforo sobre una superficie del sustrato de silicio mediante revestimiento centrífugo y posterior recocido del sustrato de silicio a una temperatura de 700 a 1.000ºC.In addition, although the dissemination of POCl 3 in vapor phase to form the n + layer in the examples above, the n + layer can also be formed by application of a medical solution that contains a phosphorus compound on a silicon substrate surface by centrifugal coating and subsequent annealing of the silicon substrate at a temperature of 700 to 1,000 ° C.
Además, aunque la capa p+ y la capa n+ se formaron ambas en forma de un peine en los ejemplos anteriores, las capas p+ y n+ se pueden formar en forma de un punto o una línea. Por otro lado, la capa p+ y la capa n+ pueden tener formar diferentes.In addition, although the p + layer and the n + layer are they formed both in the form of a comb in the previous examples, the p + and n + layers can be formed in the form of a point or a line. By on the other hand, the p + layer and the n + layer may have form different.
Además, aunque la capa n+ se formó después de formar la capa p+ en los ejemplos anteriores, el orden de formación de dichas capas no queda limitado a dicho orden y la capa p+ se puede formar una vez formada la capa n+.In addition, although the n + layer was formed after form the p + layer in the previous examples, the order of formation of these layers is not limited to that order and the p + layer is It can form once the n + layer is formed.
Por otro lado, aunque se depositaron una película delgada de Ti, una película delgada de Pd y una película delgada de Ag luego se retiró la capa protectora resistente al ácido para formar el electrodo p y el electrodo n en forma de peine mediante la operación de lift-off en los ejemplos anteriores, el electrodo p y el electrodo n se pueden formar también por impresión de una pasta de plata sobre la capa p+ y capa n+, secado de la pasta y posterior cocción de la pasta a una temperatura de 400 a 750ºC durante 1 a 100 minutos.On the other hand, although they deposited a thin film of Ti, a thin film of Pd and a film Ag thin then the acid resistant protective layer was removed to form electrode p and comb-shaped electrode n by lift-off operation in the examples above, electrode p and electrode n can be formed also by printing a silver paste on the p + layer and layer n +, drying of the pasta and subsequent cooking of the pasta at a temperature from 400 to 750 ° C for 1 to 100 minutes.
Además, aunque en los ejemplos anteriores se utilizó un sustrato de silicio monocristalino, también se puede emplear un sustrato de silicio policristalino.In addition, although in the previous examples, used a monocrystalline silicon substrate, you can also use a polycrystalline silicon substrate.
Por otro lado, aunque se utilizó un sustrato de silicio de tipo n en los ejemplos anteriores, también se puede emplear un sustrato de silicio de tipo p.On the other hand, although a substrate of type n silicon in the previous examples, you can also use a p-type silicon substrate.
Además, aunque la película de pasivación y la película anti-reflexión se formaron empleando la misma cámara formadora de película en los ejemplos anteriores, la cámara formadora de película usada para formar la película de pasivación puede ser diferente de la cámara formadora de película usada para formar la película anti-reflexión.In addition, although the passivation film and the anti-reflection film were formed using the same film forming camera in the previous examples, the film forming chamber used to form the film of passivation may be different from the film forming camera used to form the anti-reflection film.
Además, aunque se formó una película de nitruro de silicio como película de pasivación sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio en los ejemplos anteriores, se puede formar una película de óxido de silicio como película de pasivación sobre la superficie receptora de luz del sustrato de silicio.In addition, although a nitride film was formed of silicon as a passivation film on the surface Silicon substrate light receptor in the previous examples, a silicon oxide film can be formed as a film of passivation on the light receiving surface of the substrate of silicon.
Además, el efecto de pasivación sobre la superficie trasera del sustrato de silicio se puede mejorar aumentando el índice de refracción de la película de pasivación formada sobre la superficie trasera del sustrato de silicio en los ejemplos anteriores.In addition, the effect of passivation on the silicon substrate back surface can be improved increasing the refractive index of the passivation film formed on the back surface of the silicon substrate in the previous examples.
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Ha de entenderse que las modalidades y ejemplos que se han descrito anteriormente son, en todos los aspectos, únicamente a título ilustrativo y de ningún modo deberán ser consideradas como de carácter limitativo. El alcance de la presente invención queda establecido en las reivindicaciones y limitado únicamente por las mismas.It is to be understood that the modalities and examples that have been described above are, in all aspects, For illustrative purposes only and in no way should they be considered as limiting. The scope of this invention is set forth in the claims and limited only for them.
La célula solar de la presente invención incluye una película de pasivación formada sobre una superficie receptora de luz de un sustrato de silicio y una película anti-reflexión formada sobre la película de pasivación, y la película de pasivación tiene un índice de refracción mayor que el de la película anti-reflexión. De este modo, se puede mejorar la potencia eléctrica máxima.The solar cell of the present invention includes a passivation film formed on a receiving surface of light from a silicon substrate and a film anti-reflection formed on the film of passivation, and the passivation film has an index of refraction greater than that of the film anti-reflection In this way, the maximum electrical power
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